15國超100位首席科學家聯手破譯「地球生命密碼」,中國沒有缺席

2021-01-11 騰訊網

30日的「世界頂級科學家論壇」上,2011年沃爾夫農業獎獲得者哈裡斯.李文(Harris A. Lewin)介紹了由他所在的團隊及中國科學家聯合發起、全球15個國科學家共同參與的「地球生物基因組計劃」。

100多所大學及科研機構參與,100餘位首席科學家領銜,足見這一大科學計劃之「大」。

值得一提的是,這項全球合作的研究成果,將免費分享,人類共同受益。

全球15個國家、100餘位首席科學家參與

「去年11月初,我們的計劃正式啟動,」哈裡斯說。2017年2月,加州大學戴維斯分校基因組學家哈瑞斯·萊文等人和華大基因生物學家張國捷等組成的科研團隊聯合倡議,全球科學家合作開啟另一項與人類基因組計劃類似的項目——地球生物基因組計劃,對地球上所有真核生物進行測序。

真核生物是所有單細胞或多細胞的、其細胞具有細胞核的生物的總稱,包括所有動物、植物、真菌和其他具有由膜包裹著的複雜亞細胞結構的生物。300年生物學研究中,僅有10%有所描述和初步了解。而做過基因測序的,不到0.3%。

據悉,這一計劃將著重對包括所有植物、動物和單細胞生物在內的真核生物群體進行測序,得益於測序技術的進步和成本下降,可能只需10年時間以及與人類基因組計劃相當的費用,就能完成對全部真核生物的測序。

哈裡斯認為,由於這項研究的樣本採集、資金需求、地域跨度等的特異性,在大科學計劃框架下深度合作,是唯一的路徑,實現共贏。

他介紹時間線:第一步,為9000個真核生物科中的每科選出一個代表進行DNA測序,獲得的參考基因組要與人類基因組相當或更好;第二步,對15萬到20萬個真核生物屬中每個屬選取一個物種測序,詳細程度不需達到第一步的標準;第三步,對其餘真核生物物種進行粗略性測序。

去年六月,美國農業部宣布,將正式加入「地球生物基因組計劃」的合作研究,並稱其為生物學領域的「登月計劃」,認為將給未來農業發展帶來數百萬個強大的、全新的應對挑戰解決方案。除了美中兩國科學家以外,加拿大、歐盟、日本、澳大利亞、巴西、非洲、澳大利亞等均已加入。

統一標準,各方協同

正式啟動一年間,計劃積極推進,從初期的為1萬種脊椎動物進行基因組測序的基因組10K項目、破譯5000種節肢動物基因組的i5K項目、為1萬多種禽類物種測序基因組的B10K項目等,到近日英國一家機構決定分五年投入5000萬歐元,對英國已知的60000餘物種進行基因測序。

在中國,已有四個以上相關子項目正在進行,各方投資超過一億美元。其中,中國科學院方正在對一萬種魚類的基因進行檢測分析。 「各國科學家首要的是對本國的樣本進行收集分析和標註,計劃專門設立的協同委員會,則負責訂立標準,所有參與方都承諾遵守,並共享結果,」在哈裡斯看來,這就如同傳說中人類共同建造的那座巴別塔,打破交流阻隔,共同探索未知。

他透露,相比此前的人類基因組計劃,地球生物基因組計劃需要基於新的樣品存儲標準,對全球物種資源做更精細和深入的調查和收集。

「精細的、高質量的基因組圖譜不僅可以告知有哪些基因,還能知道基因的順序,基因的控制開關元件等對基因功能有重要影響的信息。基因組框架圖可以提供絕大多數的基因信息。」哈裡斯說。

由於對數量和質量都有較高要求,據估計,地球生物基因組計劃產生的數據量將超過1EB,相當於1億部高清電影,連起來可以不停歇播放整整2萬年。

就在幾個月前,他所屬的脊椎動物基因組宣布了100個具有參考質量的物種基因組。預計明年,該計劃將為人類翻譯出2000個高質量的基因組信息。

「投資回報率比人類基因組計劃高得多」

對於已經完成的大科學計劃——人類基因組計劃,2013年美國一家機構曾對其的投資回報率作過測算,為1:65,投入一塊錢,收穫的是65塊錢。哈裡斯認為,相較而言,正在進行的「地球生物基因組計劃」的投資回報率將高得多。

地球生物基因組計劃項目組預計項目需要40億美元的投入,若資金到位後,該計劃有望在十年內完成。而此前,人類基因組計劃花費的時間長達13年,資金投入30億美元,但其數據量卻不可與地球生物基因組計劃同日而語。這一改變,主要得益於測序技術的進步,極大地縮短了測序的周期和成本。高通量測序可以同時高效地對多個物種進行測序。

經濟價值以外,對於人類社會的價值也是無法估算的。

根據項目計劃,科學家將對所有真核生物的基因組內容進行全面編目,並免費公開共享數據,作為未來科學發現的基礎。而由此推動全新計算算法、分析方法和模型的創立,對生物學理解的革新,有望極大改善物種保護工作,並為農業、醫藥和生態系統服務提供新的基因資源。

「知道嗎,目前全球藥物中,有80%來自自然界,而非人工合成,」哈裡斯舉例。以管窺豹,足以證明人類對物種多樣性的依賴。

有測算顯示,到本世紀末,地球現存物種的50%-70%將消失。而他本人所研究的脊椎動物中,有52%的種類已經在最近40年內消失了。探索地球生命密碼的緊迫性,可見一斑。

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